WO2016156624A1 - Cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore - Google Patents

Cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore Download PDF

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WO2016156624A1
WO2016156624A1 PCT/ES2015/070231 ES2015070231W WO2016156624A1 WO 2016156624 A1 WO2016156624 A1 WO 2016156624A1 ES 2015070231 W ES2015070231 W ES 2015070231W WO 2016156624 A1 WO2016156624 A1 WO 2016156624A1
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drawer
foundation
lobes
floating
cells
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PCT/ES2015/070231
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Inventor
Jaime REMÓN HIGUERA
Carlos POLIMÓN OLABARRIETA
Noelia GONZALEZ PATIÑO
Miguel VÁZQUEZ ROMERO
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Drace Infraestructuras, S.A.
Dragados, S.A.
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    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Definitions

  • the invention aims at a gravity foundation for the installation of offshore wind turbines and meteorological towers, which is manufactured in a floating dock to be towed to its definitive location, where it is finally anchored being completely submerged below sea level, standing out from it a shaft or a structure that supports the wind turbine or offshore infrastructure.
  • the monopilote type foundations are typically composed of three elements: the steel pile, which is driven into the seabed, a transition piece that serves as a support to the superstructure and a platform for access to the tower or the wind turbine structure.
  • This solution is cheaper for smaller depths and for lands with geotechnical characteristics that allow penetration.
  • Gravity foundations are large concrete or steel foundations that ensure offshore structures by their own weight, providing stability to the whole by directly transmitting loads to the ground. They tend to have a conical or cylindrical shape and their installation requires a previous preparation of the seabed and a special vessel for transport to the final location.
  • the tubular foundations can be fundamentally in tripod or lattice type. These foundations can be used at greater depths, and are appropriate for larger offshore structures, with the consequent increase in economic cost. These typologies require transportation and installation with ships and special means.
  • port crates manufactured in floating dock are well known. These are large reinforced concrete structures that, due to their lightened cross section (multicellular), can float once finished. This gives them great versatility in terms of construction (using the sliding formwork technique), floating transport and placement (anchoring) in the port work, whether for docks, dikes or others.
  • the docks (shelter works) and docks (docking works) of drawers are a typology especially used in Spanish ports, whose manufacture by means of floating docks is well known in our country, being the leading international requesting companies of the technology of construction of reinforced concrete drawers by sliding in floating dock, since they have built to date more than 3,000 units.
  • the port drawers have a parallelepipedic shape, with a rectangular or square plan, although in some special cases, drawers with other shapes have been used in order to adapt to the conditions of each project.
  • INNEO document ES 2 378 960 describes a structure for gravity foundation for marine wind turbines, with a truncated conical part of the base, which is not slidable in a floating dock and lacks auxiliary structures buoyancy, necessary to maintain the stability of the assembly during the anchoring phases
  • the invention proposes to solve the problem of the execution of a foundation at greater depths and with heterogeneous characteristics for offshore structures, minimizing costs and optimizing the construction sequence.
  • a mixed solution for foundations is proposed, which includes a CGF (Concrete Gravity Foundation) foundation based on a hexalobular waterproof drawer, plus a metal or concrete shaft or a lattice (jacket), also metallic.
  • CGF Conscrete Gravity Foundation
  • the port drawers are large reinforced concrete structures that, due to their lightened cross section (multicellular), can float once finished, which gives them great versatility in terms of construction (using the sliding formwork technique), floating transport and placement (anchoring) in the port work, either for docks, dikes or others.
  • the port drawers have a parallelepipedic shape, with a rectangular or square plan, although in some special cases, drawers with other shapes have been used in order to adapt to the conditions of each project.
  • the proposed solution for the foundation therefore consists of three elements: the concrete foundation itself, a metal shaft (or concrete) or a lattice and connecting element between the superstructure of the wind turbine or offshore infrastructure and the foundation.
  • the foundation is formed by a self-floating concrete drawer in the form of a straight prism, closed by its base, equipped with internal vertical cells interconnected with each other and with the outside, equipped with emptying and filling devices that allows self-regulation of the ballast level for anchoring in its final location. Superiorly this drawer is closed by means of at least one removable lid after the foundation anchoring. It also has at least one concrete node in at least one of the cells of the drawer, which defines means of connection of a shaft or structure that joins the drawer with the superstructure in which the wind turbine or offshore infrastructure is fixed .
  • said drawer has a lobular section, in a circular arrangement, where each of said lobes has a trapezoidal configuration, with a curved-convex external side, while the inner side is a portion of a partition that determines a central cell substantially circular.
  • Each of these lobes is divided into cells by at least one partition of substantially circular section. It is envisaged that the radius of curvature of each of the lobes into which it is divided in plan is smaller than that of the body of the foundation, jointly determining this lobular aspect.
  • the closing lid or covers have a configuration equivalent to the drawer or each of said lobes and a support on said drawer that allows the removal of the lid or covers once the foundation is anchored, before being filled with a ballast material.
  • the number of lobes that make up the floor of the drawer that forms the foundation is expected to be between 5 and 8 and optimal is considered to be 6, which could define the floor of the drawer as hexalobular.
  • the base of the drawer has a polygonal plan thicker than the walls of the drawer. This base normally protrudes slightly from the floor of the drawer and has a polygonal configuration in order to make it easier to manufacture, exerting counterbalance functions in order to lower the center of gravity, which allows great floating stability, during transfer or funding tasks.
  • the closing lid when it is an object that covers the entire drawer, also occupies the central cell; however, an embodiment is also possible in which there is a central window corresponding to this cell.
  • closure caps When several closure caps are used, they will correspond to the lobes that make up the drawer and will not cover the central cell; in this way it is feasible to first fix the mast before sinking the foundation, without detriment of being able to remove the covers one by one once anchored.
  • the shaft used can be metallic or concrete, in any case it is anchored in the central cell of the drawer, so that it acts as a shoe of the superstructure of the meteorological tower or the wind turbine. The union is made by a concrete knot and prestressed bars.
  • connection element of the foundation with the superstructure is a metal platform that is attached to both the shaft and the superstructure (wind turbine tower), and ends at a work surface where maintenance equipment can be arranged, instrumentation and auxiliary elements for operations.
  • This element is also designed to establish a work platform that allows the circulation of operations, facilities Auxiliary power supplies and access from the shaft safely, and even the lifting of materials from the platform.
  • the design of this foundation is based on three main aspects: the structural design, adapted to the efforts in the service phase, the hydraulic design, allowing an optimal behavior in flotation and against the waves and current loads and finally in functional aspects , facilitating the final ballast and the possible emptying for the withdrawal of the unit at the end of the useful life.
  • the structural design involves a novel application of horizontally supported arches that allow the transmission of stress through knots of three walls in balance, eliminating critical structures. This arrangement allows a structural optimization simplifying the assembly of the walls, reducing the amounts of steel needed and facilitating its installation by avoiding the majority of knots of 90 e .
  • the interior structure favors the efficient distribution of efforts from the central substructure to the base. Additionally, the plant represents an increase in the support area on the sidewalk.
  • the drawer plant allows to expand the floating capacity of the drawer and combined with the weight saving in the shaft to lower the center of gravity increasing stability.
  • the shape also allows to increase the inertia of the structure flotation by providing smaller openings in the launching, which allows to reduce the requirements at the manufacturing point in terms of depth.
  • the rounded lobular shape favors the flow of water, reducing the resistance to the advance during navigation and the thrust by waves and currents. To this contributes the attack front most accentuated by the curvature of each lobe and the smoothness of the flanks to the flow of water.
  • each of the inner cells of the drawer is communicated with a series of adjacent cells forming independent filling zones with each other, each of which It has at least one access duct with the outside, intervening in said access devices that allow or not the passage of fluid during anchoring operations.
  • the shaft, metal or concrete, or lattice-like structure that joins the drawer and supports the wind turbine or the meteorological tower has a metallic connection element between it and the superstructure of said wind turbine or said meteorological tower.
  • it also has a docking or jetty area, rest platforms and access stairs, as well as a maintenance and instrumentation platform.
  • the geometric shape of the foundation drawer, with straight walls makes it easily executable in a drawer, a technique commonly used in the maritime-port sector, well known and standardized, which minimizes costs and increases the production rate.
  • a removable cover or covers allows navigability and anchoring and, once the foundation is anchored, remove the cover, facilitating the filling of cells from the outside with different ballasting materials, easily by direct pouring or by pipe.
  • the construction procedure is standardized and is well known, as it is carried out for drawers usually used in maritime and port works.
  • the collection of all the units that are manufactured can be done at sea, without having to occupy land surface;
  • Figure 1 shows a general perspective view of the support structure of a wind turbine or a meteorological tower in which the drawer (1) is closed upper by several removable covers (2a).
  • Figure 2 corresponds to a view of the drawer (1) with a single lid (2) used for the towing and anchoring and removable processes after the foundation is positioned in its location.
  • Figure 3 is a sectional view according to a vertical plane that passes through the central cell (16) of the drawer (1) in which a knot (19) for fixing the shaft (3) is formed which conforms together with the foundation ( 1) the wind turbine support structure.
  • the three parts that make up the support structure of the wind turbine, or the meteorological tower can be distinguished; namely: a) A concrete drawer (1), lightened with interconnected internal cells and with filling and emptying devices that allow ballasting and ballasting, which constitutes the foundation that supports the structure of the offshore wind turbine.
  • a metal or concrete shaft (3), which connects the foundation (1) with a connecting element (4) located at the upper end, on which the docking or jetty area, rest platforms and stairs.
  • the concrete drawer (1) forms the basis of the invention and is observed in detail in all the attached figures.
  • This drawer is manufactured in a port using a drawer or floating dock, which has a sliding formwork system like those commonly used in maritime-port constructions in Spain. Once the drawer is built, the drawer is ballasted until the drawer is floating, which can be towed and collected in the sea.
  • the self-floating concrete drawer (1) has a straight prism shape, closed by its base, equipped with internal vertical cells (17) interconnected with each other and with the outside, equipped with emptying and filling devices that allows self-regulation of the ballast level for anchoring at its final location.
  • this drawer (1) has a lobular section, in circular arrangement, where each of said lobes (1 1) has a trapezoidal configuration, with an external lateral (12) curved-convex, while the internal lateral (13) It is a portion of the partition that defines a central cell (16) that is substantially circular.
  • Each of these lobes (1 1) is connected to the attached lobe by means of a radial partition (15) and is internally divided into several cells (18) by at least one partition (14) of substantially circular section, concentric with the central cell ( 13).
  • the figures show a drawer with a hexalobular plan, that is to say formed by 6 lobes (1 1), although there have been studies that determine that this number can vary between 5 and 8 with an optimal functioning.
  • Each of these lobes (1 1) has an outer partition (12) with a radius of curvature smaller than that of the radius of the drawer (1), so that externally the set of lobes that determine the drawer do not form a circular surface of the drawer, which allows to optimize and simplify the assembly of the walls (12, 13, 14, 15) and reduce the amount of steel needed, while its installation is extremely simple since there are no knots of 90 e ; the interior structure favors the efficient distribution of efforts from the central substructure to the base, while increasing the support surface at the base (17).
  • the base (17) of the drawer (1) has a polygonal plan and is generally thicker than the walls (12, 13, 14, 15) of the drawer, while slightly protruding from its floor. This base (17) exerts counterweight functions in order to lower the center of gravity, which allows great stability in flotation, during its transfer or in the anchoring tasks.
  • the drawer (1) is closed temporarily (until it is anchored) by means of a cover (2) or with several covers (2a).
  • a single lid (2) is observed that has a configuration equivalent to the drawer (1), which in some embodiment could also have a central hole (21), coinciding with the central cell (16) of the drawer, particularly when in this cell a connection node with the mast (3) has been created, as shown in figure 3.
  • several caps (2a) are observed, each of which has a surface equivalent to one or several lobes (1 1), so that they are easier to remove since it is not necessary to move them along the shaft (3).
  • the cover (2) or covers (2a) have the mission of maintaining the tightness of the drawer cells (18) while being towed to the place of anchorage and a controlled anchoring thereof; Once this operation is completed, they are removed from the closing position of the drawer (1), before filling it with a ballast material.
  • the drawer (1) has several ways of communicating with the outside (which have not been shown), in which a water flow control valve is placed inside it during the anchoring process or, where appropriate, during foundation reflotation.
  • the inner cells are also interconnected with each other by ducts equipped with emptying and filling control devices that allow self-regulation of the ballast level for anchoring at its final location.
  • a knot (19) can be seen in the cell (16) that effectively resists the stresses to which the assembly of the structure mounted therein will be subjected.
  • the node (19) itself is formed only in the upper area of said cell (16), which allows to lighten the whole of the foundation and also the creation of an empty space that during the anchorage is filled with sea water to stabilize and contribute to its settlement.
  • An alternative embodiment is possible in which said node occupies the entire cell (16) in which it is manufactured.
  • the structure of the shaft and the connecting element can be installed with the drawer afloat, by cranes, without having to do a pre-porting.

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Abstract

Cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore, fabricada en un dique flotante para ser remolcada a su lugar de ubicación definitiva, donde se fondea quedando finalmente totalmente sumergida debajo del nivel del mar, comprendiendo un cajón autoflotante (1) de hormigón, con forma de prisma de base hexalobular, dividido en varias celdas (18) por al menos un tabique (14) de sección sensiblemente circular concéntrico con una celda central (13), que determina celdas verticales interiores (18) interconectadas entre sí y con el exterior; el cual se cierra superiormente mediante una tapa (2) o tapas (2a) que se retiran una vez fondeada la cimentación, antes de su relleno con un material de lastre.

Description

DESCRIPCIÓN
Cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore. Objeto de la invención
La invención tiene por objeto una cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore y torres meteorológicas, que está fabricada en un dique flotante para ser remolcada a su lugar de ubicación definitiva, donde se fondea quedando finalmente totalmente sumergida debajo del nivel del mar, sobresaliendo de ella un fuste o una estructura que soporta el aerogenerador o infraestructura offshore.
Estado de la técnica
El sector industrial de las energías renovables marinas está creciendo a un alto ritmo en Europa, concretamente la energía eólica offshore, pues este tipo de energía puede contribuir a cubrir la creciente demanda de energía eléctrica con un mínimo impacto ambiental. El principal factor limitante del desarrollo de este sector es la profundidad a la que han de cimentarse las estructuras offshore de los aerogeneradores. Puesto que han de situarse lejos de la costa, por lo que generalmente la profundidad a la que finalmente se ubica el parque eólico puede alcanzar valores importantes según la localización y las características geotécnicas del fondo marino. Es por ello que son necesarios estudios exhaustivos de las cimentaciones a adoptar como solución.
Actualmente existen dos tipos de estructuras offshore: estructuras fijas y estructuras flotantes. Las cimentaciones de las estructuras fijas son a su vez clasificadas en distintas tipologías: cimentaciones con monopilote, cimentaciones por gravedad y cimentaciones metálicas tubulares. Estas tipologías requieren un transporte e instalación con buques y medios especiales.
Las cimentaciones tipo monopilote se componen típicamente de tres elementos: el pilote de acero, que se hinca en el fondo marino, una pieza de transición que sirve de sujeción a la superestructura y una plataforma para el acceso a la torre o a la estructura del aerogenerador. Esta solución resulta más económica para profundidades menores y para terrenos con características geotécnicas que permitan la penetración.
Las cimentaciones por gravedad son grandes cimentaciones de hormigón o de acero que aseguran las estructuras offshore por su propio peso, proporcionando estabilidad al conjunto al transmitir directamente las cargas al terreno. Suelen tener forma troncocónica o cilindrica y su instalación requiere una preparación previa del lecho marino y un buque especial para su transporte hasta la ubicación final. Las cimentaciones tubulares pueden ser fundamentalmente en trípode o tipo celosía. Estas cimentaciones pueden emplearse a mayores profundidades, y son apropiadas para estructuras offshore de mayor tamaño, con el consecuente aumento de coste económico. Estas tipologías requieren un transporte e instalación con buques y medios especiales.
Por otro lado, son sobradamente conocidos los cajones portuarios fabricados en dique flotante. Se trata de estructuras de hormigón armado de grandes dimensiones que por su sección transversal aligerada (multicelular) pueden flotar una vez terminadas. Eso les confiere una gran versatilidad en cuanto a construcción (mediante la técnica de encofrado deslizante), transporte flotando y colocación (fondeo) en la obra portuaria, ya sea para muelles, diques u otros. Los diques (obras de abrigo) y muelles (obras de atraque) de cajones son una tipología especialmente utilizada en los puertos españoles, cuya fabricación por medio de diques flotantes es bien conocida en nuestro país, siendo las empresas solicitantes líderes a nivel internacional de la tecnología de construcción de cajones de hormigón armado mediante deslizado en dique flotante, ya que han construido hasta la fecha más de 3.000 unidades.
Por lo general los cajones portuarios tienen forma paralelepipédica, con planta rectangular o cuadrada, si bien en algunos casos especiales han sido empleados cajones con otras formas con objeto de adecuarse a los condicionantes de cada proyecto.
El documento ES 2 378 960 de INNEO describe una estructura para cimentación de gravedad para aerogeneradores marinos, con una parte troncocónica de la base, que no es deslizable en un dique flotante y que carece de las estructuras auxiliares de flotabilidad, necesarias para mantener la estabilidad del conjunto durante las fases de fondeo
El documento WO 2009/130343 de ACCIONA WINDPOWER describe un soporte de sustentación para un aerogenerador marino, consistente en un cajón de hormigón armado construible en dique flotante como cimentación de gravedad. El cajón queda emergido en su parte superior, por lo que esta solución limita su rango de aplicación en cuanto a calados, condición impuesta por las capacidades de los diques flotantes existentes y por los calados requeridos en los muelles de fabricación. No pierde cubierta en ninguna fase durante el fondeo (mantiene el mismo procedimiento que los fondeos de los cajones portuarios convencionales), con lo cual evita fases críticas a costa de aumentar sustancialmente las cargas de oleaje en fase de servicio, pues el oleaje impacta directamente sobre el cajón. Este aumento de cargas solicitantes lleva también aparejado un importante aumento de los materiales (hormigón, acero y relleno), con objeto de darle estabilidad frente a dichas cargas. Por otra parte el cajón tiene una planta rectangular o cuadrada y no circular, lo cual se traduce en un significativo aumento de las cargas de oleaje.
Descripción de la invención
La invención se propone dar solución al problema de la ejecución de una cimentación a mayores profundidades y con suelo de características heterogéneas para estructuras offshore, minimizando los costes y optimizando la secuencia de construcción. Se plantea una solución mixta para cimentaciones que comprende una cimentación CGF (Concrete Gravity Foundation) basada en un cajón estanco hexalobular, más un fuste metálico o de hormigón o una celosía (jacket), también metálica.
Está previsto realizar la fabricación de este cajón en un dique flotante, técnica de construcción que está fuertemente implantada en España y, de hecho, se viene aplicando con éxito tanto en la construcción de obras de muelles y otras estructuras de atraque, diques de abrigo verticales, etc.. Los cajones portuarios son estructuras de hormigón armado de grandes dimensiones que por su sección transversal aligerada (multicelular) pueden flotar una vez terminadas, lo que les confiere una gran versatilidad en cuanto a construcción (mediante la técnica de encofrado deslizante), transporte flotando y colocación (fondeo) en la obra portuaria, ya sea para muelles, diques u otros. Por lo general los cajones portuarios tienen forma paralelepipédica, con planta rectangular o cuadrada, si bien en algunos casos especiales han sido empleados cajones con otras formas con objeto de adecuarse a los condicionantes de cada proyecto.
La solución propuesta para la cimentación consta pues de tres elementos: la cimentación propiamente dicha de hormigón, un fuste metálico (o de hormigón) o una celosía y elemento de unión entre la superestructura del aerogenerador o infraestructura offshore y la cimentación.
La cimentación está formada por un cajón autoflotante de hormigón en forma de prisma recto, cerrado por su base, provisto de celdas verticales interiores interconectadas entre sí y con el exterior, dotadas de dispositivos de vaciado y llenado que permite la autorregulación del nivel de lastrado para el fondeo en su ubicación final. Superiormente este cajón está cerrado por medio de al menos una tapa retirable después del fondeo de la cimentación. Así mismo dispone de al menos un nudo hormigonado en al menos una de las celdas del cajón, que define medios de conexión de un fuste o estructura que une el cajón con la superestructura en la que se fija a su vez el aerogenerador o la infraestructura offshore.
Según la presente invención dicho cajón presenta una sección lobular, en disposición circular, donde cada uno de dichos lóbulos presenta una configuración trapezoidal, de lateral externo curvo-convexo, mientras que el lateral interior es una porción de un tabique que determina una celda central sensiblemente circular. Cada uno de estos lóbulos está dividido en celdas por al menos un tabique de sección sensiblemente circular. Se ha previsto que el radio de curvatura de cada uno de los lóbulos en los que se divide en planta sea menor que el del cuerpo de la cimentación determinando en conjunto este aspecto lobular.
La tapa o tapas de cierre presentan una configuración equivalente al cajón o a cada uno de dichos lóbulos y un apoyo sobre dicho cajón que permite la retirada de la tapa o tapas una vez fondeada la cimentación, antes de su relleno con un material de lastre. El número de lóbulos que conforman la planta del cajón que conforma la cimentación se ha previsto que esté comprendido entre 5 y 8 y óptimo se considera que sería 6, con lo cual se podría definir la planta del cajón como hexalobular. La base del cajón presenta una planta poligonal de mayor grosor que las paredes del cajón. Esta base normalmente sobresale ligeramente de la planta del cajón y presenta una configuración poligonal con la finalidad de que resulte de más fácil fabricación, ejerciendo funciones de contrapeso con el objeto de bajar el centro de gravedad, que permita una gran estabilidad de flotación, durante su traslado o en las tareas de fondeo.
En principio se ha previsto que la tapa de cierre, cuando es un objeto que cubre la totalidad del cajón también ocupe la celda central; no obstante también es posible una realización en la cual existe una ventana central en correspondencia con esta celda. Cuando se emplean varias tapas de cierre éstas se corresponderán con los lóbulos que conforman el cajón y no cubrirán la celda central; de esta forma es factible fijar primero el mástil antes de hundir la cimentación, sin detrimento de poder retirar una a una las tapas una vez fondeada. El fuste empleado puede ser metálico o de hormigón, en cualquier caso queda anclado en la celda central del cajón, de forma que éste actúa como una zapata de la superestructura de la torre meteorológica o del aerogenerador. La unión se realiza mediante un nudo de hormigón y barras pretensadas. También es posible emplear una estructura tipo jacket o celosía, en este caso el ensamblaje al cajón se realiza con el mismo tipo de unión pero en varios nudos distribuidos convenientemente en distintas celdas del cajón. Tanto en el fuste como en la celosía se pueden disponer la zona de atraque o embarcadero, así como escaleras de acceso y plataformas intermedias. Por su parte el elemento de conexión de la cimentación con la superestructura es una plataforma metálica que queda unida tanto al fuste como a la superestructura (torre del aerogenerador), y que termina en una superficie de trabajo en la que pueden disponerse equipos de mantenimiento, instrumentación y elementos auxiliares para operaciones. Este elemento es diseñado, además, para establecer una plataforma de trabajo que permite la circulación de operación, instalaciones auxiliares de alimentación energética y accesos desde el fuste de modo seguro, e, incluso, el izado de materiales desde la plataforma.
El diseño de esta cimentación se basa en tres aspectos principales: el diseño estructural, adaptado a los esfuerzos en fase de servicio, el diseño hidráulico, permitiendo un comportamiento óptimo en flotación y frente a las carga de oleaje y corriente y por último en aspectos funcionales, facilitando el lastrado definitivo y el posible vaciado para la retirada de la unidad al final de la vida útil. El diseño estructural supone una aplicación novedosa de arcos apoyados horizontalmente que permiten la transmisión de esfuerzos a través de nudos de tres paredes en equilibrio, eliminando estructuras críticas. Esta disposición permite una optimización estructural simplificando el armado de las paredes, reduciendo las cuantías de acero necesarias y facilitando su instalación al evitar la mayor parte de nudos de 90e. La estructura interior favorece la distribución eficiente de esfuerzos desde la subestructura central hacia la base. Adicionalmente la planta supone un incremento de la superficie de apoyo en la banqueta.
En referencia a las características hidráulicas y navales la planta del cajón permite ampliar la capacidad de flotación del cajón y combinado con el ahorro de peso en el fuste a bajar el centro de gravedad aumentando la estabilidad. La forma permite, así mismo, aumentar la inercia de flotación de la estructura proporcionando menores calados en la botadura, lo que permite reducir las exigencias en el punto de fabricación en cuanto a profundidad. La forma redondeada lobular favorece el flujo de agua, reduciendo la resistencia al avance durante la navegación y los empujes por oleaje y corrientes. A ello contribuye el frente de ataque más acentuado por la curvatura de cada lóbulo y la suavidad de los flancos al flujo del agua. El último grupo de mejoras de esta cimentación provienen de sus aspectos funcionales: La ausencia de cubierta fija, lo cual permite el llenado del cajón con el material de lastre por multitud de medios, desde relleno hidráulico con draga, pasando por colocación con cuchara a vertido por tubería de material de cantera. La accesibilidad de las celdas permite asegurar la posibilidad de vaciado de las mismas al final de su vida útil, para el posterior reflotado del cajón, lo que permite evitar cualquier afección permanente al medio de implantación. Para conseguir que el proceso de fondeo se efectúe de forma autónoma y sin intervención de buzos se ha previsto que cada una de las celdas interiores del cajón esté comunicada con una serie de celdas contiguas formando zonas de llenado independientes entre sí, cada una de las cuales dispone de al menos un conducto de acceso con el exterior, interponiéndose en dichos accesos dispositivos que permiten o no el paso de fluido durante las operaciones de fondeo.
El fuste, metálico o de hormigón, o estructura de tipo celosía que se une al cajón y que soporta el aerogenerador o la torre meteorológica dispone superiormente de un elemento metálico de conexión entre él y la superestructura de dicho aerogenerador o de dicha torre meteorológica. Opcionalmente también dispone superiormente de una zona de atraque o embarcadero, plataformas de descanso y escaleras de acceso, así como de una plataforma de mantenimiento y de instrumentación.
En resumen, esta cimentación presenta algunas ventajas destacables:
- La forma geométrica del cajón de la cimentación, con paredes rectas lo hace fácilmente ejecutable en un cajonero, técnica habitualmente empleada en el sector marítimo-portuario, bien conocida y estandarizada, lo que minimiza costes y aumenta el ritmo de producción.
- Su calado es menor que otras cimentaciones de este tipo, lo cual permite fabricarlo en mayor número de sitios.
- También emplea menos hormigón y reduce la cantidad de acero por cimentación de forma notable
- Presenta una base mayor mejorando el apoyo en el terreno
- Es más estable reduciendo el tamaño global de la cimentación
- Navega mejor, ahorro en combustible para remolcadores
- Ahorro de material y tiempo de construcción por la ausencia de cubierta superior definitiva
- La utilización de una tapa o tapas desmontables permite la navegabilidad y fondeo y, una vez fondeada la cimentación, retirar la tapa, facilitando el relleno de celdas desde el exterior con diferentes materiales de lastrado, de forma sencilla por vertido directo o por tubería.
- Permite la retirada del cajón al final de la vida útil.
- Se puede emplear en profundidades intermedias (de 20 m a 60 m). La verticalidad de la estructura global (torre meteorológica o aerogenerador) está garantizada por emplearse un elemento metálico de conexión, con capacidad de regulación, entre el fuste metálico o jacket y la superestructura.
- Se trata de una solución sencilla, que no requiere equipos de elevación o barcos especiales, por ser una cimentación autoflotante que puede ser transportada por remolcadores estándar.
El procedimiento constructivo está estandarizado y es bien conocido, al ser el mismo que se lleva a cabo para los cajones empleados habitualmente en obras marítimas y portuarias.
El acopio de todas las unidades que se fabrican se puede realizar en el mar, sin necesidad de tener que ocupar superficie terrestre;
Descripción de las figuras
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra una vista general en perspectiva de la estructura de apoyo de un aerogenerador o de una torre meteorológica en la que el cajón (1 ) está cerrado superior por varias tapas (2a) retirables. La figura 2 se corresponde con una vista del cajón (1 ) con una única tapa (2) utilizada para los procesos de remolque y fondeo y retirable después de posicionada la cimentación en su lugar de ubicación.
La figura 3 es una vista en sección según un plano vertical que pasa por la celda central (16) del cajón (1 ) en la que se forma un nudo (19) de fijación del fuste (3) que conforma conjuntamente con la cimentación (1 ) la estructura soporte del aerogenerador.
Realización preferente de la invención Según se observa en la figura 1 se pueden distinguirse las tres partes que conforman la estructura de apoyo del aerogenerador, o de la torre meteorológica; a saber: a) Un cajón de hormigón (1 ), aligerado con celdas interiores interconectadas entre sí y con dispositivos de llenado y vaciado que permiten el lastrado y deslastrado, el cual constituye la cimentación que sustenta la estructura del aerogenerador offshore.
b) Un fuste metálico o de hormigón, (3), que conecta la cimentación (1 ) con un elemento de conexión (4) situado en el extremo superior, sobre el que se dispone la zona de atraque o embarcadero, plataformas de descanso y escaleras.
c) Un elemento de conexión (4) entre el fuste (3) y la superestructura del aerogenerador, que opcionalmente dispone sobre él de la plataforma de mantenimiento y la instrumentación necesaria para el funcionamiento del aerogenerador.
El cajón (1 ) de hormigón constituye la base de la invención y se observa en detalle en todas las figuras anexas. Este cajón es fabricado en un puerto utilizando un cajonero o dique flotante, que dispone de un sistema de encofrado deslizante como los empleados habitualmente en construcciones marítimo-portuarias en España. Una vez construido el cajón, el cajonero es lastrado hasta que el cajón queda flotando, con lo que puede ser remolcado y acopiado en el mar. El cajón autoflotante (1 ) de hormigón presenta forma de prisma recto, cerrado por su base, provisto de celdas verticales interiores (17) interconectadas entre sí y con el exterior, dotadas de dispositivos de vaciado y llenado que permite la autorregulación del nivel de lastrado para el fondeo en su ubicación final. En concreto, este cajón (1 ) presenta una sección lobular, en disposición circular, donde cada uno de dichos lóbulos (1 1 ) presenta una configuración trapezoidal, de lateral externo (12) curvo-convexo, mientras que el lateral interior (13) es una porción del tabique que define una celda central (16) sensiblemente circular. Cada uno de estos lóbulos (1 1 ) está unido al lóbulo anexo mediante un tabique radial (15) e interiormente está dividido en varias celdas (18) por al menos un tabique (14) de sección sensiblemente circular, concéntrico con la celda central (13). En las figuras se aprecia un cajón de planta hexalobular, es decir formado por 6 lóbulos (1 1 ), si bien se han hecho estudios que determinan que este número puede variar entre 5 y 8 con un óptimo funcionamiento. Cada uno de estos lóbulos (1 1 ) presenta un tabique exterior (12) con un radio de curvatura menor que el del radio del cajón (1 ), de forma que exteriormente el conjunto de los lóbulos que determinan el cajón no conforman una superficie circular del cajón, lo que permite optimizar y simplificar el armado de las paredes (12, 13,14, 15) y reducir la cantidad de acero necesaria, al tiempo que su instalación es sumamente simple ya que no existen nudos de 90e; la estructura interior favorece la distribución eficiente de esfuerzos desde la subestructura central hacia la base, al tiempo que se incrementa de la superficie de apoyo en la base (17).
La base (17) del cajón (1 ) presenta una planta poligonal y en general tiene mayor grosor que las paredes (12, 13, 14, 15) del cajón, al tiempo que sobresale ligeramente de la planta de éste. Esta base (17) ejerce funciones de contrapeso con el objeto de bajar el centro de gravedad, que permita una gran estabilidad en flotación, durante su traslado o en las tareas de fondeo.
Opcionalmente el cajón (1 ) se cierra temporalmente (hasta que se fondea) mediante una tapa (2) o con varias tapas (2a). En la figura 2 se observa una única tapa (2) que presenta una configuración equivalente al cajón (1 ), que en alguna realización también podría tener un orificio central (21 ), coincidiendo con la celda central (16) del cajón, particularmente cuando en esta celda se ha creado un nudo de conexión con el mástil (3), tal y como se aprecia en la figura 3. Por el contrario, en la figura 1 se observan varias tapas (2a), cada una de las cuales presenta una superficie equivalente a uno o varios lóbulos (1 1 ), de forma que son más fáciles de retirar ya que no es necesario desplazarlas a lo largo del fuste (3). En cualquier de los casos la tapa (2) o tapas (2a) tienen por misión mantener la estanqueidad de las celdas (18) de cajón mientras se remolca al lugar de fondeo y se efectúa un fondeo controlado del mismo; concluida esta operación se retiran de la posición de cierre del cajón (1 ), antes de rellenar éste con un material de lastre.
El cajón (1 ) presenta varias vías de comunicación con el exterior (que no se han representado), en las que se coloca una válvula de control de paso de agua hacia el interior del mismo durante el proceso de fondeo o, en su caso, durante la reflotación de la cimentación. Las celdas interiores también están interconectadas entre sí por unos conductos dotados de dispositivos de control de vaciado y llenado que permite la autorregulación del nivel de lastrado para el fondeo en su ubicación final.
En la figura 3 se aprecia en la celda (16) un nudo (19) que resistir eficazmente los esfuerzos a los que se verá sometido el conjunto de la estructura que se monta en él. El nudo (19) propiamente dicho se forma únicamente en la zona superior de dicha celda (16), lo que permite aligerar el conjunto de la cimentación y también la creación de un espacio vacío que durante el fondeo se llena de agua del mar para estabilizar y contribuir al asentamiento de la misma. Es posible una realización alternativa en la que dicho nudo ocupe la totalidad de la celda (16) en la que se fabrica.
La estructura del fuste y del elemento de unión se pueden instalar con el cajón a flote, mediante grúas, sin necesidad de tener que hacer un prefondeo en puerto.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación:

Claims

REIVINDICACIONES
1 .- Cimentación por gravedad para la instalación de aerogeneradores offshore, fabricada en un dique flotante para ser remolcada a su lugar de ubicación definitiva, donde se fondea quedando finalmente totalmente sumergida debajo del nivel del mar, que comprende un cajón autoflotante (1 ) de hormigón, en forma de prisma recto, cerrado por su base, provisto de celdas verticales interiores (17) interconectadas entre sí y con el exterior, dotadas de dispositivos de vaciado y llenado que permite la autorregulación del nivel de lastrado para el fondeo en su ubicación final; cerrado superiormente por medio de al menos una tapa (2) y provisto de al menos un nudo hormigonado en al menos una de las celdas del cajón, que define medios de conexión de un fuste o estructura que une el cajón con la superestructura en la que se fija a su vez el aerogenerador, caracterizada por que dicho cajón (1 ) presenta una sección lobular, en disposición circular, donde cada uno de dichos lóbulos (1 1 ) presenta una configuración trapezoidal, de lateral externo (12) curvo-convexo, mientras que el lateral interior (13) es una porción del tabique que define una celda central (16) sensiblemente circular, estando dividido cada uno de estos lóbulos en varias celdas (18) por al menos un tabique (14) de sección sensiblemente circular, concéntrico con la celda central (13); presentando la tapa (2) o tapas de cierre (2a) una configuración equivalente al cajón (1 ) o a cada uno de dichos lóbulos (1 1 ) y un apoyo sobre dicho cajón (1 ) que permite la retirada de la tapa o tapas una vez fondeada la cimentación, antes de su relleno con un material de lastre.
2.- Cimentación, según las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la base (17) del cajón, presenta una planta poligonal, de mayor grosor que las paredes (12, 13, 14, 15) del cajón, y sobresale ligeramente de la planta de éste, ejerciendo funciones de contrapeso con el objeto de bajar el centro de gravedad, que permita estabilizar en flotación el cajón, durante su traslado o en las tareas de fondeo.
3.- Cimentación, según las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la tapa (2) o tapas (2a) de cierre, no cubren la celda central (16) en la que se fija el mástil, particularmente cuando se ha formado un nudo (19) en dicha celda para la fijación del fuste (3).
4.- Cimentación, según las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el radio de curvatura de cada uno de los lóbulos (1 1 ) en los que se divide en planta es menor que el radio del cuerpo de la cimentación.
5.- Cimentación, según las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el número de lóbulos (1 1 ) está comprendido entre 5 y 8.
6.- Cimentación, según las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el cajón presenta planta hexalobular.
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